[发明专利]一种基于有限元的沥青路面疲劳损伤预测方法

权利要求书

1.一种基于有限元的沥青路面疲劳损伤预测方法，其特征在于，所述预测方法是在有限元数值模拟软件中按如下步骤进行：

步骤1：以实际沥青路面为依据，选择路面的构造类型和几何尺寸，定义车辆荷载和路表温度函数；

所述选择路面的构造类型和几何尺寸是指：按照待预测沥青路面的实际基层类型，将所述路面的构造类型选择为柔性基层沥青路面、刚性基层沥青路面或半刚性基层沥青路面；按照待预测的沥青路面的实际尺寸，定义路面的几何尺寸，从而构建出沥青路面的有限元数值模型；

所述车辆荷载可根据需要选择为准静态车辆荷载或移动车辆荷载；

所述路表温度函数是通过对实际路段的实测温度数据随时间的变化曲线进行拟合获得，由式(1)所表征：

其中：T_sur为路表温度；A和T₀为温度拟合系数，分别代表温度幅值和初始温度；d为天数；

步骤2：指定沥青路面的力学参数、热力学参数和损伤参数；

所述沥青路面的结构层包括沥青面层、基层和地基层；

所述力学参数包括各结构层的杨氏模量、泊松比和密度，以及结构层中沥青面层的黏弹性参数；

所述热力学参数包括各结构层的导热系数和比热容；

所述损伤参数包括沥青面层的损伤黏度参数、损伤演化参数和温度敏感参数；

步骤3：构建力学响应模组，从而表征沥青路面各结构层在车辆荷载作用下的力学特性；

所述力学响应模组由式(2)所表征：

式中：σ和ε分别为应力和应变，E为杨氏模量，t和ξ分别为时间和缩减时间，φ为损伤密度；

所述力学特性包括沥青面层所表现的线黏弹性特性，以及基层和地基层所表现的线弹性特性；

步骤4：将各结构层材料视为热胀冷缩的均匀导热介质，构建热传导模组，从而表征沥青路面的热力学特性；

所述热传导模组由式(3)所表征：

式中：ρ_s和C_p分别为材料密度和比热容，k为导热系数，为路面内部温度的一阶时间导数，为温度梯度，为热源；

步骤5：构建沥青面层的损伤演化模组，从而表征沥青面层在车辆荷载和热应力作用下的损伤特性；

所述损伤演化模组由式(4)所表征：

式中：为沥青面层的损伤密度速率；θ为沥青面层的温度敏感参数；T和T_R分别为温度和参考温度；Γ为沥青面层的损伤黏度参数，κ和μ为沥青面层的损伤演化参数，等效应变

步骤6：针对计算结果进行后处理分析；

所述计算结果包括由力学响应模组确定的沥青路面的应力、应变数据，由热传导模组确定的路面内部温度数据，以及由损伤演化模组确定的沥青面层的损伤密度速率数据；

所述后处理分析包括对路面结构进行力学分析和损伤分析。